机械设计第四章

机械设计第四章第1页，共34页，2023年，2月20日，星期一摩擦学

摩擦学：研究相对运动的表面间摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。

摩擦：相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；

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磨损：由于摩擦造成的物体表面材料的损失或转移；第3页，共34页，2023年，2月20日，星期一

润滑：减轻摩擦和磨损所应采取的措施。非润滑减少摩擦磨损举例第4页，共34页，2023年，2月20日，星期一摩擦1“机械说”表面微凸体的相互阻碍作用“分子说”表面材料分子间的吸力作用一、摩擦的机理“机械－分子说”两种作用均有4-1摩擦第5页，共34页，2023年，2月20日，星期一二、摩擦的分类内摩擦：物质内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。外摩擦：相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。静摩擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。动摩擦：在相对运动进行中的摩擦。

第6页，共34页，2023年，2月20日，星期一滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。第7页，共34页，2023年，2月20日，星期一1785年，法国的库仑用机械啮合概念解释干摩擦，提出摩擦理论。后来又有人提出分子吸引理论和静电力学理论。1935年，英国的鲍登等人开始用材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鲍登提出了粘附理论。摩擦2三、４种滑动摩擦状态

1.干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触第8页，共34页，2023年，2月20日，星期一实际接触面积≠公称接触面积a×b实际接触面积=接触斑点的微面积的总和接触面积很小→轮廓峰接触区压力高→产生塑性变形→形成冷焊结点→相对滑动时，冷焊结点就被切开粘附理论第9页，共34页，2023年，2月20日，星期一“两把刷子”2.边界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开根据边界形成机理，边界膜分为吸附膜和反应膜。第10页，共34页，2023年，2月20日，星期一吸附膜：吸附强度随温度升高下降，达到一定温度后，吸附膜发生软化、失向和脱吸，润滑作用降低，磨损率和摩擦系数都将迅速增加。第11页，共34页，2023年，2月20日，星期一反应膜：当润滑剂中含有以原子形式存在的硫、氯、磷时，在较高的温度(通常在150℃～200℃)时，与金属起化学反应而生成硫、氯、磷的化合物(如硫化铁)。反应膜剪切强度低和高熔点，比吸附膜更稳定。第12页，共34页，2023年，2月20日，星期一4.混合摩擦：指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。3.流体摩擦：指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。第13页，共34页，2023年，2月20日，星期一定义：摩擦→表面材料逐渐丧失或迁移影响：降低效率、降低可靠性、提前报废磨损1磨合阶段：新的零件在开始使用阶段，磨损率较高。稳定磨损阶段：正常工作阶段，磨损率稳定且较低。剧烈磨损阶段：即将报废的阶段，磨损率急剧升高。摩擦24-2磨损第14页，共34页，2023年，2月20日，星期一粘附磨损：也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面。第15页，共34页，2023年，2月20日，星期一磨粒磨损：是外部进入摩擦表面的游离硬颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨损。呈沟纹状。第16页，共34页，2023年，2月20日，星期一疲劳磨损：是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引起的磨损。先形成疲劳裂纹，再导致微粒脱落，留下月牙坑。第17页，共34页，2023年，2月20日，星期一冲蚀磨损：流体中所夹带的硬质物质或颗粒，在流体冲击力作用下而在摩擦表面引起的磨损。第18页，共34页，2023年，2月20日，星期一微动磨损：指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损机理共同形成的复合磨损。微动磨损发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对滑动的两个紧密接触的表面上。由于接触面上的正压力较大，相对滑移幅度很小，接触面间产生氧化磨损微粒难于从接触部位排除。微动作用损坏配合表面的品质，导致疲劳裂纹的萌生，急剧的降低零件的疲劳强度。第19页，共34页，2023年，2月20日，星期一润滑剂、添加剂和润滑方法一、润滑剂

润滑油：动植物油、矿物油、合成油。

粘度：润滑油的主要质量指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀；

粘度分类：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。工程中常用运动粘度，单位是：St(斯)或cSt(厘斯)，量纲分别为m2/s、cm2/s；

4-3润滑剂、添加剂和润滑方法第20页，共34页，2023年，2月20日，星期一润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为L-AN10的油在40℃时的运动粘度大约为10cSt。载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油。第21页，共34页，2023年，2月20日，星期一润滑油的粘温曲线(温度升高、粘度下降)40度对应的粘度就是润滑油标号第22页，共34页，2023年，2月20日，星期一润滑性(油性)润滑油中极性分子与金属表面吸附形成一层边界油膜，以减小摩擦和磨损的性能。油膜与金属表面的吸附能力越强，润滑性越好。

极压性润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压化学反应边界膜。闪点当油在标准仪器中加热所蒸发出的油气一遇火焰即能发出闪光时的最低温度。工作温度应比油的闪点低30-40℃凝点规定条件下不能再自由流动时所达到的最高温度。氧化稳定性当暴露在高温气体中时，会发生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。腐蚀金属，加剧零件的磨损。第23页，共34页，2023年，2月20日，星期一闪点测量示意图第24页，共34页，2023年，2月20日，星期一

润滑脂：润滑油+稠化剂主要质量指标是：(1)锥入度一个重1.5N的标准锥体，于25℃恒温下，由润滑脂表面经5s后刺入的深度(以0.1mm计)，称为锥入度。它标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。锥入度愈小，表明润滑脂愈稠。锥入度是润滑脂的一项主要指标，润滑脂的牌号就是该润滑脂锥入度的等级。(2)滴点规定加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴液体的温度第25页，共34页，2023年，2月20日，星期一

固体润滑剂：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。石墨二硫化钼第26页，共34页，2023年，2月20日，星期一第27页，共34页，2023年，2月20日，星期一添加剂提高油性、极压性延长使用寿命改善物理性能添加剂的作用油性添加剂极压添加剂分散净化剂消泡添加剂抗氧化添加剂降凝剂增粘剂添加剂的种类为了提高油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些分量虽小但对润滑剂性能改善其巨大作用的物质，这些物质叫添加剂。二、添加剂

第28页，共34页，2023年，2月20日，星期一润滑方法润滑油润滑在工程中的应用最普遍，常用的供油方式有：滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等用于低速用于高速

油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。三、润滑方法浸油与飞溅润滑喷油润滑第29页，共34页，2023年，2月20日，星期一注油杯旋盖式油脂杯第30页，共34页，2023年，2月20日，星期一连续供油装置第31页，共34页，2023年，2月20日，星期一流体动力润滑形成的必要条件：1、楔形空间；2、相对运动（保证流体由大口进入）；3、连续不断地供油。两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。一、流体动力润滑流体润滑14-4流体润滑原理简介第32页，共34页，2023年，2月20日，星期一二、弹性流体动力润滑弹性方程粘压方程流体动力润滑的方程油膜压力分布润滑膜厚度分布

求解(1)依靠粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂带入间隙。(2)由于接触压力较高使接触面发生局部弹性变形，接触面积扩大，在接触面间形成了一个平行的缝隙(